KR200221904Y1 - 도로, 철도 교량 기초 우물통 - Google Patents

Abstract

본 고안은 도로, 철도 교량 공사에 적용되는 기초 우물통에 관한 것으로 더 상세하게는 교각 구조물의 수중 산화와 타설 콘크리트 구조물의 부식 가속화 현상으로 인한 교량 안정성 및 수질오염 등과 관련되는 교량 기초 구조물의 구조적 단점을 개선하고, 시각적으로는 수중에 설치되는 교량 기초우물통의 탈색과 변색 그리고 착색으로 인한 미감 저하를 방지하기 위한 교각 시공용 기초우물통을 제공하는 것이다.

본 고안의 기초우물통은, 내부가 FRP내부벽판(101)으로 이루어지고, 외부는 FRP내부벽판과는 일정한 간격으로 떨어져 있는 FRP외부벽판(102)으로 구분되어 기초우물통의 단면두께를 형성하고, FRP내부벽판의 외벽면을 따라 수직방향으로 수직앵글(103A)이 설치되고, FRP외부벽판의 내벽면을 따라 상기 FRP내부벽판의 수직앵글과 대응되는 대칭적인 수직앵글(103)이 설치되며, FRP내부벽판과 FRP외부벽판 사이 두께 공간으로는, 수평방향으로 규칙적으로 결합된 수평앵글(104)이 등간격으로 설치되고, 각각의 수평앵글의 간격을 따라 대각선 방향으로 향하는 사형앵글(105)을 설치하여 구성되며, 사형앵글과 수평앵글이 접촉되어 수직앵글에 볼트로 고정되는 각각의 접선고정부는 수직방향 기준으로 상호 교차적으로 형성되고, 수직앵글과 닿는 수평앵글의 접촉면 사이에는 FRP앵글(108)을 게재시켜 고정한 것을 특징으로 한다. 이에 따라 교량 안정성과 시공성을 향상 시키고 유지관리 비용을 줄일 수 있다.

Description

도로, 철도 교량 기초 우물통{A structure of bridge pier mould construction}

본 고안은 도로, 철도 교량 공사에 적용되는 교량의 기초 우물통에 관한 것으로 더 상세하게는 교각 구조물의 수중 산화와 타설 콘크리트 구조물의 부식 가속화 현상으로 인한 교량 안정성 및 수질오염 등과 관련되는 교량 기초 구조물의 구조적 단점을 개선하고, 시각적으로는 수중에 설치되는 교량 기초우물통의 탈색과 변색 그리고 착색으로 인한 미감 저하를 방지하기 위한 교각 시공용 기초우물통을 제공하는 것이다.

일반적으로 교량 신축에서 교각의 시공은 도 1과 같이 기초우물통(10)을 먼저 수면(20)하 수중에 설치하고 그 속에 콘크리트를 타설 양생하여 교각(30)을 형성하는 우물통 속채움 공법으로 시공되고 있다. 여기서 사용되는 우물통의 형태는 도 2와 같은 철판거푸집으로서, 철판거푸집(40)은, 크게 내부철판거푸집(50)과 외부철판거푸집(60)을 따로 나누어 철재(Fe)를 가공하여 제작되고, 내부철판거푸집(50)과 외부철판거푸집(60) 사이에는 앵글 서포터(70)가 규칙적으로 설치되어 내/외부철판거푸집(50)(60) 사이와 내부철판거푸집(50)의 안쪽으로는 일정한 콘크리트 타설 공간으로 확보되어 있으며, 앵글 서포터(70)는 내/외부철판거푸집(50)(60)의 사이 공간을 형성하는 역할과 인장재로 기능하도록 하였으며, 구조적으로는 측압에도 안전하도록 설계 되었다.

우물통 속채움 공법에 의해 교각(30)을 시공하는 경우 내부철판거푸집(50)과 외부철판거푸집(60) 사이에 콘크리트를 채워서 교각 구조물을 시공하기 때문에 내부철판거푸집(50)은 콘크리트 속에 완전히 묻히게 되지만 외부철판거푸집(60)은 수중에서 조금씩(매년 대략 0.9mm정도) 산화되는 두께 잠식 현상이 심화되고, 기간 경과에 따라 콘크리트 부식을 가속 시키는 문제점이 있었고, 특히 상수원 수역에서 철판거푸집은 산화 작용을 일으켜 철분이 함유된 다량의 유해 물질을 배출 시켜 상수원의 오염원이 되고 있으며, 부식 진행에 따라 교각 구조물 강도가 점진적으로 약화되어 교각의 안전도를 떨어 뜨리는 문제점이 있었다.

이에 대하여 본인의 1999년 국내특허출원 제58181호 '교량 기초 우물통 설치 공법'은 상기와 같은 철판거푸집 사용에 따른 문제점을 개선하기 위해 제시되었다. 이 기술은 외부철판거푸집의 외벽에 규칙 불규칙적으로 다수의 고정용 못을 설치하는 단계, 외부철판거푸집의 표면에 있는 녹을 제거하고 프라이머 도장을 실시하는 단계, 외부철판거푸집에 설치된 고용용 못을 중심으로 외부철판거푸집의 외벽을 FRP 구조물로 씌우는 단계, 외부철판거푸집 외벽에 씌워진 FRP 구조물을 고정용 못을 구부려 외부철판거푸집 외벽에 1차 FRP 구조물을 설치하는 단계, 못을 포함하여 1차 FRP 구조물의 외벽에 새로운 구조물을 씌워 외벽을 FRP 구조물로 처리하는 단계로 이루어지는 우물통 설치공법으로 제시되었다. 즉, 종전의 철판거푸집을 그대로 사용하면서 그 외부를 FRP 구조물로 오버레이(over-ray)하여 철판거푸집 사용에 따라 나타나는 문제점을 개선하는 방법으로 제시된 기술이다.

또 다른 본인의 1999년 국내특허출원 제58182호 '교량기초 우물통 보수공법 및 그 구조물'의 기술은 기초우물통 외부에 FRP틀로 이루어지는 새로운 증착막을 형성하여 기초우물통을 보수하는 방법과 기초우물통 보수를 위한 FRP 구조물을 제시하였다. 상기 기술은 기초우물통의 외벽을 FRP구조물로 감쌓아 보수함으로서 철판거푸집의 수중 산화나 수중 콘크리트 부식의 문제를 직간접적으로 해결하면서도 사후 교각 관리 비용을 줄이는 기술로 제시되었다.

한편, 상기 기술들에서 제공되는 원자재인 FRP 구조물의 형태는 수직플랜지 접합 만으로도 의도하는 원형 또는 타원형의 틀을 형성할 수 있고 상하 또는 중간 원형틀을 수평 플랜지 접합 만으로 다단 원형 내지 타원형 틀을 형성할 수 있으며, FRP 구조물 틀 속에 수중 콘크리트를 타설하여 보수공사를 완료할 수 있도록 되어 있다. 여기서 적용되는 자재는 강화플라스틱의 일종인 FRP로서, FRP는 불포화 폴리에스텔 수지와 유리섬유의 복합구조 재료로서 철과 강도가 대등하고 알루미늄 보다 가벼우며, 내산성,내열성 및 내식성이 우수한 기능성 재료이다. 또한 FRP는 금속재료에 비해 경량화에 따른 이동성이 양호하고 수중에서의 녹발생 문제가 전혀 없다. 그리고 시공 및 설계 자유도가 크고 단열성이 우수하며 이온 용출이 없고 외관 색상을 원재료의 합성으로 얻을 수 있으므로 도료 사용이 필요없으며 접착성과 방충성도 뛰어난 것으로 알려져 있다.

따라서, 상기 기술들은 이러한 FRP소재 특성에 따른 기능성 이득을 교각 구조물의 기초우물통과 그 보수 용도로서 적용한 것으로 볼 수 있다.

그러나, 상기 기술들은 철판거푸집의 사용을 전제로 그 외부에 FRP 구조물을 ?? 씌우거나 같은 방법으로 기초우물통을 보수하는 방법이므로, 이중시공의 문제점이 남아 있었고, 이로 인해 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서 본 고안의 목적은 우물통 속채움 공법을 적용하는 교량의 교각 시공에서 교각을 만들기 위한 구조물인 우물통을 FRP틀로 제작하여 직접 교각을 시공할 수 있는 우물통 구조를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징은, 내부틀과 외부틀로 구분되고, 상기 내부틀과 외부틀 사이에 설치되어 틀의 보강과 측압에 대한 인장재로 기능하도록 설치된 다수의 앵글을 구비하며, 상기 외부틀과 내부틀이 플랜지를 구비하는 교량의 교각 시공을 위한 기초우물통에 있어서,

상기 기초우물통은,

내부가 FRP내부벽판으로 이루어지고, 외부는 상기 FRP내부벽판과는 일정한 간격으로 떨어져 있는 FRP외부벽판으로 구분되어 기초우물통의 단면 두께를 형성하고,

상기 FRP내부벽판의 외벽면을 따라 수직방향으로 수직앵글이 설치되고, 상기 FRP외부벽판의 내벽면을 따라 상기 FRP내부벽판의 수직앵글과 대응되는 대칭적인 수직앵글이 설치되며, 상기 FRP내부벽판과 FRP외부벽판 사이 두께 공간으로는, 수평방향으로 규칙적으로 결합된 수평앵글이 등간격으로 설치되고, 상기 각각의 수평앵글의 간격을 따라 대각선 방향으로 향하는 사형앵글을 설치하여 구성되며,

상기 사형앵글과 수평앵글이 만나 수직앵글에 볼트로 고정되는 각각의 접선고정부는 수직방향 기준으로 상호 교차적으로 형성되고, 수직앵글과 닿는 수평앵글의 접촉면 사이에는 FRP앵글을 게재시켜 고정한 것을 특징으로 한다.

이렇게 교량의 교각을 시공하는데 있어서 FRP기초우물통을 사용하여 시공하면 기초우물통의 산화나 콘크리트의 부식 및 세굴현상을 방지할 수 있을 뿐만아니라 유지보수의 이득을 함께 얻을 수 있으며, 구조적으로는 FRP기초우물통이 종전의 기초우물통에 비해 무게가 가볍워 양호한 이동성과 시공성 그리고 유지관리의 효율성 등을 제공하게 된다.

도 1 은 일반적인 우물통 속채움 공법에 따른 교량의 교각 시공예를 보인 도면

도 2 는 종래의 기초우물통 단면도

도 3 은 본 고안에 따른 FRP기초우물통의 정면도

도 4 는 본 고안에 따른 FRP기초우물통의 종단면도

도 5 는 본 고안에 따른 FRP기초우물통의 한 형태를 보인 평면도

도 6 은 본 고안에 따른 FRP기초우물통의 FRP내외부벽판 조립 상세 단면도

도 7 은 본 고안에 따른 FRP기초우물통의 FRP내외부벽판의 일부 조립 평면도를 나타낸 도면

도 8 은 본 고안에 따른 FRP내외부벽판을 제조하기 위한 공정의 예를 나타낸 블럭도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

101:FRP내부벽판 102:FRP외부벽판

103,103A:수직앵글 104:수평앵글

105:사형앵글 106:볼트

107:접촉고정부 108:FRP앵글

109:너트

이하, 본 고안의 실시예를 도면을 참고로 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 고안에 따른 FRP기초우물통의 정면도 이고, 도 4는 본 고안에 따른 FRP기초우물통의 종단면도 이며, 도 5는 본 고안에 따른 FRP기초우물통의 한 형태를 보인 평면도, 도 6은 본 고안에 따른 FRP기초우물통의 FRP내외부벽판 조립 상세 단면도, 도 7은 본 고안에 따른 FRP기초우물통의 FRP내외부벽판의 일부 조립 평면도를 나타낸 것이다.

본 고안의 FRP기초우물통(100)은 도 3 내지 도 7과 같이 내부벽판과 외부벽판으로 구분되고, 상기 내부벽판과 외부벽판 사이에 설치되어 벽판의 보강과 측압에 대한 인장재로 기능하도록 다수의 앵글을 구비하며, 상기 외부벽판과 내부벽판의 결합 해당 부분에는 플랜지를 구비하는 형태이다.

즉, 내부가 FRP내부벽판(101)으로 이루어지고, 외부는 FRP내부벽판(101)과는 일정한 간격으로 떨어져 있는 FRP외부벽판(102)으로 구분되어 기초우물통의 단면두께를 형성하고, FRP내부벽판(101)의 외벽면을 따라 수직방향으로 다수의 등간격 수직앵글(103)이 설치되고, FRP외부벽판(102)의 내벽면을 따라 FRP내부벽판(101)의 수직앵글(103)과 대응되는 대칭적인 수직앵글(103A)이 설치되며, FRP내부벽판(101)과 FRP외부벽판(102) 사이 두께 공간으로는, 수평방향으로 규칙적으로 결합된 수평앵글(104)이 등간격으로 설치되고, 각각의 수평앵글(104)의 간격을 따라 대각선 방향으로 향하는 사형앵글(105)을 설치하여 구성된다.

또한 사형앵글(105)과 수평앵글(104)이 만나 수직앵글(103)(103A)에 볼트(106)로 고정되는 각각의 접선고정부(107)는 수직방향 기준으로 상호 교차적으로 형성되고, 수직앵글(103)(103A)과 닿는 수평앵글(104)의 접촉면 사이에는 FRP앵글(108)을 게재시켜 고정 되었다.

그리고, FRP내외부벽판(101)(102)과 수직앵글(103)(103A),수평앵글(104),사형앵글(105)의 적합한 결합 방법은 볼트(106) 및 너트(109)에 의한 플랜지 결합방법이 적용된다.

FRP내외부벽판(101)(102)을 제조하기 위한 공정의 예는 도 8과 같다.

교각의 시방서에 따라 내/외부벽판의 디자인을 결정하고 이에 해당하는 몰드를 준비하고(S200), 금형내에서 겔코트(Gelcoat)를 도포하며(S210), 매트(Mat)를 넣고(S220), 스테인레스망을 적층하고(S230), 다시 매트를 적층한 뒤(S240), 불포화 폴리에스텔 수지를 도포하며(S250), 롤러를 통해 롤링을 실시하고(S260), 히팅장치를 통해 적층된 수지판을 가열하거나 냉각한 뒤(S270), 몰드로부터 탈형하고 커팅하여(S280), 그 도막에 폴리싱 컴파운드(Polishing Compound)를 도포하여 연마한다(S290).

여기서, 매트 또는 스테인레스망 그리고 불포화 폴리에스테르 수지 및 이들을 롤링하는 공정은 교각 구축에 요구되는 기초우물통의 FRP내외부벽판(101)(102)의 기계적 강도 등 따라 필요한 만큼 반복한다. 즉, FRP내외부벽판(101)(102)의 적층 두께 및 그 두께를 형성하는 구조는 보통 외면강화층과 중간강화층 그리고 내면강화층으로 만들 수 있으며, 예를들어 적층 두께가 12mm인 경우 매트와 레진 스테인레스망 등을 반복적으로 적층하여 만족할 만한 수준의 FRP내외부벽판(101)(102)을 제작할 수 있고, 마찬가지로 FRP내외부벽판(101)(102)은 몰드 제작이므로 교각의 설계 조건에 따라 그 형상을 원형 및 타원 사각 등 다양한 형상으로 제작이 가능하다.

이렇게 제작된 FRP내외부벽판(101)(102)을 교각 시공을 위한 FRP기초우물통(100)으로 조합하기 위해서는 일정한 서포터 부재가 소요되는데 본 고안은 수직앵글(103)(103A)과 수평앵글(104) 그리고 사형앵글(105)을 부설하여 FRP기초우물통(100)을 제작한다.

FRP외부벽판(102)의 내벽면 수직방향으로는 수직앵글(103)이 설치되고 FRP내부벽판(101)의 외벽면 수직방향으로는 마찬가지로 수직앵글(103A)이 대칭적으로 설치되어 여기에 수평앵글(104)이 설치될 수 있도록 되어 있는데, 수평앵글(104)은 수직앵글(103)(103A)에 대하여 플랜지 결합과 같은 접촉면을 통해 견고하게 결합되어 FRP외부벽판(102)을 통해 안쪽으로 작용하는 외압이 안쪽으로 전달되지 못하도록 하고 동시에 FRP내부벽판(101)을 통해 FRP외부벽판(102)으로 이동하는 내압을 막아 전체적으로 FRP내외부벽판(101)(102)의 변형을 방지하는 측압에 대한 변형을 줄이는 인장재로 기능한다. 이러한 내압과 외력 등으로 구분되는 측압은 경우에 따라서는 수평앵글(104)의 지지력을 초과하는 경우도 발생될 수 있으므로, 각각의 수평앵글(104)이 이루는 공간의 대각선 방향으로 경사진 방향으로의 사형앵글(105)을 설치하여 수평앵글(104)을 보강하고 측압에 대한 응력을 향상 시킨다.

수직앵글(103)(103A)과 수평앵글(104) 그리고 사형앵글(105)의 고정은 플랜지 접합면을 통해 접촉고정부(107)를 형성하고 이 면부를 중심으로 볼트(106) 및 너트(109)로 고정함으로서, 각각의 앵글은 결합력과 결속력이 강화된 견고한 결합상태를 유지하며, 수직앵글(103)(103A)과 결합되는 수평앵글(104)의 접촉면에는 별도의 FRP앵글(108)을 대고 결합함으로서, 철재 앵글의 접촉면 부식을 방지하고 결속력을 강화시킨다.

한편, FRP외부벽판(102)과 FRP내부벽판(101)을 앵글을 통해 결합하여 기초우물통을 제작하는 경우 FRP내외부벽판(101)(102) 사이 두께는 수평앵글(104)의 길이에 따라 결정되는데, 이때 수평앵글(104)의 길이는 현장 작업 조건에 따라 그 크기를 자유롭게 선택하여 조립이 가능하다.

FRP기초우물통(100)을 사용하는 교량의 교각 시공 공법의 바람직한 실시예는 다음과 같다.

플랜지가 있는 FRP재로된 FRP내외벽판(101)(102)을 제작하고, 그 FRP내외벽판(101)(102)의 사이에는 수직, 수평, 사형 앵글을 규칙적으로 부착하여 교량의 FRP기초우물통(100)을 제작하는 단계와, FRP기초우물통을 시공위치로 운반하여 FRP 기초우물통안에 들어있는 물을 빼내고 FRP기초우물통(100)의 내부 공간에 콘크리트를 타설하는 단계와, FRP기초우물통(100)에 콘크리트 타설을 완료하고 FRP기초우물통을 하상의 암반에 정착시키기 위해 기초우물통 내부를 크레인 백 호(back hoe) 및 크람셀을 사용하여 굴착하는 단계와, 상기 단계를 통해 FRP기초우물통을 정착한 후 수면상에는 철재 또는 나무 거푸집을 사용하여 피어(PIER)를 축조하여 콘크리트를 타설하고 거푸집을 해체하는 단계 및 FRP기초우물통의 정착이 완료되면 FRP기초우물통의 내부를 무근 콘크리트로 채우는 단계로 교각을 시공한다.

FRP기초우물통(100)을 직접 교량의 교각 시공에 적용하는 경우 FRP기초우물통을 그대로 기초우물통으로 사용할 수 있게 되는데, 이러한 FRP기초우물통은 몰드를 이용한 다양한 형상의 기초우물통 제작이 가능하며 현장에서는 플랜지 접합 만으로 의도하는 형상으로 제작이 가능한 잇점이 있고 시공이 간편하며 더욱이 무게가 가벼워 시공성도 향상된다.

FRP는 불포화 폴리에스텔 수지와 유리섬유의 복합구조 재료로서 철보다 강하고 알루미늄 보다 가벼운 내산성, 내열성 및 내식성이 우수하고 거의 영구적인 플라스틱의 한 종류이다. 지금까지의 내식성을 필요로 하여온 것은 대부분 금속재료 였으며 내식성 수지는 주로 라이닝 재료로서 많이 사용하여 왔다. 그러나 최근 내식성에 대하여 FRP가 뛰어나다는 것이 인식 되기 시작하여 종래의 금속재료에 비하여 재료 코스트가 경제적이고 설치비도 중량 경감으로 적게 소요되는 것으로 나타났다.

따라서, 교량의 수중 교각 시공을 위해 FRP기초우물통(100)을 사용하는 경우 종전과 같은 수중에서의 녹발생 현상이 없으며 유지보수가 절감되며 설계가공이 자유롭고 접착성이 강해서 시멘트, 목재 등과의 접착도 양호하며 불포화 에스테르 수지 속에는 동물이나 곤충이 흡입하면 살상되는 페놀수지등이 함유되어 있어 좀이나 벌레에 의한 구조물의 손상도 막을 수 있다. 또한 FRP외부벽판은 반영구적인 구조물이 되며 방청을 위해 별도로 도장을 필요로 하지 않으며 구조물 자체로서 색상내기가 가능하여 교각의 미감을 향상 시킬 수 있다.

이와 같은 본 고안의 의하면, FRP기초우물통을 교량의 교각 시공에 직접 적용함으로서, 철판 거푸집의 수중 산화와 수중 콘크리트의 부식 가속화에 의한 교량 안정성 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 기초우물통의 경량화를 통한 교량의 시공성을 향상 시키는 효과가 있다. 또한, 시공성 향상에 의한 원가 절감과 공기 단축에 도움을 줄 수 있는 경제성도 있으며, 교각의 색상 변화나 부식을 방지하여 시각적으로 양호한 교각 구조물을 시공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 내부틀과 외부틀로 구분되고, 상기 내부틀과 외부틀 사이에 설치되어 틀의 보강과 측압에 대한 인장재로 기능하도록 설치된 다수의 앵글을 구비하며, 상기 외부틀과 내부틀이 플랜지를 구비하는 교량의 교각 시공을 위한 기초우물통에 있어서,

   상기 기초우물통은,

   내부가 FRP내부벽판으로 이루어지고, 외부는 상기 FRP내부벽판과는 일정한 간격으로 떨어져 있는 FRP외부벽판으로 구분되어 기초우물통의 단면두께를 형성하고,

   상기 FRP내부벽판의 외벽면을 따라 수직방향으로 수직앵글이 설치되고, 상기 FRP외부벽판의 내벽면을 따라 상기 FRP내부벽판의 수직앵글과 대응되는 대칭적인 수직앵글이 설치되며, 상기 FRP내부벽판과 FRP외부벽판 사이 두께 공간으로는, 수평방향으로 규칙적으로 결합된 수평앵글이 등간격으로 설치되고, 상기 각각의 수평앵글의 간격을 따라 대각선 방향으로 향하는 사형앵글을 설치하여 구성되며,

   상기 사형앵글과 수평앵글이 접촉되어 수직앵글에 볼트로 고정되는 각각의 접선고정부는 수직방향 기준으로 상호 교차적으로 형성되고, 수직앵글과 닿는 수평앵글의 접촉면 사이에는 FRP앵글을 게재시켜 고정한 것을 특징으로 하는 도로, 철도 교량의 기초우물통.